Nghiên cứu, khảo sát và khai thác sử dụng đồ gá hàn tự động linh hoạt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dƣơng Thành Hƣng Tên đề tài luận văn: NGHIÊN CỨU, KHẢO SÁT VÀ KHAI THÁC SỬ DỤNG ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ HÀN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ HÀN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GVC TS NGUYỄN NGỌC THÀNH HÀ NỘI - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mà viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Nội dung nghiên cứu luận văn kết trình học tập nghiêm túc tác giả dƣới bảo nhiệt tình tâm huyết Thầy giáo hƣớng dẫn Luận văn chƣa đƣợc bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sỹ nƣớc chƣa đƣợc công bố phƣơng tiện thông tin Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm mà cam đoan Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2013 Tác giả DƢƠNG THÀNH HƢNG LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành: Thầy hƣớng dẫn: GVC, TS Nguyễn Ngọc Thành tận tình bảo hƣớng dẫn tác giả hoàn thành luận văn Bộ môn Hàn – CNKL, Viện khí, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học tạo điều kiện thuận lợi cho việc học tập nghiên cứu tác giả hoàn thành thời hạn Gia đình đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình thực luận văn Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2013 Tác giả DƢƠNG THÀNH HƢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN ĐGH - Đồ gá hàn ĐGHTĐLH – Đồ gá hàn tự động linh hoạt VN - Vạn CD - Chuyên dùng TĐ - Tự động TĐH - Tự động hóa BTĐ - Bán tự động MĐRP - Hệ thống: Máy hàn - Đồ gá - Rô bốt - Phôi BTT – Bài toán thuận BTN – Bài toán ngƣợc KCPT – Kết cấu phức tạp MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa…………………………………………………………….… LỜI CAM ĐOAN………………………………………… ………… LỜI CẢM ƠN………………………………………………………… DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN…………………… MỞ ĐẦU……………………………………………………………….…… CHƢƠNG - MỘT SỐ KHÁI NIỆM, ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ ĐỒ GÁ, ĐỒ GÁ HÀN, ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 1.1- khái niệm đặc điểm đồ gá………………………….… 10 1.1.1- Khái niệm đồ gá sản xuất TĐH khí …….….… 10 1.1.2- Đặc điểm đồ gá sản xuất TĐH khí ………… 10 1.2- Khái niệm đồ gá hàn …………………………….…….… 11 1.2.1- Đặc điểm gia công, chế tạo sản phẩm kết cấu hàn …… 11 1.2.2- Đồ gá hàn …………………………………………… ………… 11 1.3- Đồ gá hàn tự động, đồ gá hàn tự động linh hoạt ……………… … 12 1.3.1- Đồ gá hàn tự động ………………………………….…………… 12 1.3.2- Đồ gá hàn tự động linh hoạt …………………………… ……… 12 1.3.3- Ứng dụng đồ gá hàn …………… 12 1.4- Ý nghĩa việc sử dụng ĐGH sản xuất, xu hƣớng ……… 26 1.4.1- Về kỹ thuật ………………………………………… … ……… 26 1.4.2- Về hiệu kinh tế tổ chức quản lý sản xuất ………………… 27 1.4.3- Xu hƣớng phát triển ……………………………… …………… 27 1.5- Kết luận ………………………………………………… ………… 28 CHƢƠNG - ĐỘNG HỌC ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 2.1- Mở đầu ……………………………………………… ………….… 29 2.2- Một số dạng đƣờng hàn hàn hồ quang ……….….…… 29 2.2.1- Đƣờng thẳng ……………………………………………… …… 29 2.2.2- Đƣờng cong ……………………………………………………… 31 2.2.3- Thông số kỹ thuật hàn theo dạng quỹ đạo ……….……… 32 2.3- Bài toán động học rô bốt ………………………………… … …… 35 2.3.1- Xây dựng hệ tọa độ ……………………………… ……… …… 35 2.3.2- Bài toán thuận ……………………………… …………… …… 38 2.3.3- Bài toán ngƣợc ……………………………………… …… …… 40 2.4- Động học hệ thống Rô bốt - Đồ gá hàn ……………… …….……45 2.4.1- BTN hệ Rô bốt – Đồ gá hàn đƣờng thẳng ……………… … … 45 2.4.1- BTN hệ Rô bốt – Đồ gá hàn đƣờng tròn ……………….…… … 47 2.4.1- BTN hệ Rô bốt – Đồ gá hàn đƣờng elip ……………….…… … 49 2.5- Kết luận ………………………………………………… ……… … 51 CHƢƠNG - THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG HỌC ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 3.1- Đặt vấn đề …………………………………………………………… 53 3.2- Quy trình công nghệ hàn tự động; thuật toán điều khiển mô động học hệ Rô bốt - Đồ gá hàn đƣờng thẳng … … 53 3.2.1- Quy trình công nghệ hàn đƣờng thẳng …………………… …… 53 3.2.2- Thuật toán chƣơng trình điều khiển động học …………… … 54 3.2.3- Kết mô kết cấu điều khiển động học hệ R - Đ…… 60 3.3- Quy trình công nghệ hàn tự động; thuật toán điều khiển mô động học hệ Rô bốt - Đồ gá hàn đƣờng tròn …… … 62 3.3.1- Quy trình công nghệ hàn đƣờng tròn ……………………… …… 62 3.3.2- Thuật toán chƣơng trình …………………………………… … 65 3.3.3- Kết mô kết cấu điều khiển động học hệ R - Đ…… 68 3.4- Quy trình công nghệ hàn tự động; thuật toán điều khiển mô động học hệ Rô bốt - Đồ gá hàn đƣờng Elip …… … 70 3.4.1- Xây dựng quy trình công nghệ hàn đƣờng Elip ………….…….… 70 3.4.2- Thuật toán chƣơng trình điều khiển động học hàn đƣờng Elip…73 3.4.3- Kết mô kết cấu điều khiển động học hệ R - Đ…… 76 3.5- Kết luận chƣơng ……………………………………………… … 79 CHƢƠNG - ỨNG DỤNG CỦA ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 4.1- Đặt vấn đề 80 4.2- Một số nghiên cứu ứng dụng ĐGH tự động linh hoạt 81 4.2.1- Ứng dụng ĐGH tự động linh hoạt hệ R - Đ – P hàn kết cấu ống tiết diện chữ nhật …………………… ………… 81 4.2.2- Ứng dụng ĐGH tự động linh hoạt hệ R - Đ – P hàn kết cấu phức tạp ……………………………… …………… 88 4.3- Kết luận chƣơng 97 KẾT LUẬN ……………………………………………………….……… 97 ĐỀ NGHỊ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO …………… ……… 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………… …… 99 MỞ ĐẦU Trong trinh gia công, chế tạo, lắp ráp sản phẩm khí, đồ gá loại trang thiết bị bản, quan trọng trình Hiệu khai thác, sử dụng máy gia công khí đƣợc tận dụng tối đa sử dụng đồ gá; khả công nghệ thiết bị, máy gia công với đồ gá tăng lên gấp nhiều lần Hơn nữa, đồ gá giúp nâng cao suất, ổn định chất lƣợng gia công sản phẩm khí (độ xác, tính bề mặt, độ nhám bề mặt, v.v.); tăng suất, cải thiện điều kiện môi trƣờng làm việc cho ngƣời thợ, máy móc, thiết bị Đồ gá dùng công nghệ hàn (ĐGH) dạng đồ gá khí, đặc điểm hiệu nhƣ đồ gá khí, ĐGH có đặc điểm riêng đặc thù công nghệ hàn định (xem Chƣơng 1) Các trình TĐH sản xuất hàn sử dụng nhiều loại ĐGH khác đạt đƣợc hiệu định Tuy nhiên, số loại ĐGH tự động chƣa đƣợc khai thác, sử dụng cách hiệu Ví dụ: - Một số loại ĐGH chuyên dùng có kích cỡ lớn (chuyên để hàn loại kết cấu hàn siêu trƣờng, siêu trọng Nguyên nhân chủ yếu số lƣợng loại kết cấu hàn thƣờng không nhiều; vậy, ứng dụng ĐGH chuyên dùng có kích cỡ lớn cho kết cấu hàn có kích thƣớc, khối lƣợng nhỏ hơn, nhà chuyên môn lúng túng, nhiều thời gian gặp không khó khăn việc thiết kế điều chỉnh, bổ sung thêm trang bị, dụng cụ phụ cho đồ gá) - Hay số loại ĐGH tự động linh hoạt (sử dụng phối hợp với rô bốt hay tay hàn tự động để hàn kết cấu hàn phức tạp với điểm, đƣờng hàn có thay đổi thƣờng xuyên vị trí hƣớng hàn, v.v.), hiệu sử dụng hạn chế; nguyên nhân chủ yếu việc đầu tƣ hệ thống hàn không đồng (đầu tƣ rô bốt nhƣng không đầu tƣ đồng ĐGH tự động linh hoạt kèm ngƣợc lại - đầu tƣ ĐGH tự động linh hoạt nhƣng không đầu tƣ kèm theo rô bốt) Đến sở sản xuất (kể nhiều sở đào tạo) có điều kiện (kinh phí) để đầu tƣ „„đồng bộ” phần mềm điều khiển tổng hợp Rô bốt - ĐGH lại không có, điều dẫn đến lúng túng, ”bó tay” nhà chuyên môn Vấn đề để tháo gỡ lúng túng, ”bó tay” nêu việc giải toán điều khiển động học hệ thống Rô bốt - ĐGH, từ làm sở thiết kế chƣơng trình điều khiển tổng hợp hệ thống Xuất phát từ nhu cầu đó, luận văn, đƣợc giao nhiệm vụ: „„Nghiên cứu, khảo sát khai thác sử dụng đồ gá hàn tự động linh hoạt‟‟ Để hoàn thiện đƣợc đề tài này, mặt chuyên môn, tập trung vào tìm hiểu số nội dung giải số vấn đề chủ yếu sau: - Tìm hiểu số khái niệm, định nghĩa về: ĐGH tự động linh hoạt; hệ thống hàn tự động - Giải toán điều khiển động học hệ thống Rô bốt - ĐGH tự động linh hoạt - Xây dựng thuật toán chƣơng trình mô hệ thống - Một số ví dụ ứng dụng Trong trình hoàn thiện luận văn, nỗ lực, cố gắng thân, tác giả xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo cán Bộ môn Hàn CNKL, Viện Cơ Khí, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện trang bị kiến thức cho tác giả suốt thời gian học tập, nghiên cứu Bộ môn Tác giả đặc biệt cảm ơn thầy giáo GVC, TS Nguyễn Ngọc Thành ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn tận tình tác giả để hoàn thiện đề tài luận văn Trong trình thực đề tài, tác giả vận dụng kiến thức học tìm hiểu qua tài liệu chuyên ngành liên quan Do hạn chế kiến thức, kinh nghiệm thời gian nên trình hoàn thiện không tránh khỏi sai xót Tác giả mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy, cô Đồng nghiệp để đề tài đƣợc hoàn chỉnh Hà Nội, ngày 23 tháng 09 năm 2013 Tác giả DƢƠNG THÀNH HƢNG CHƢƠNG MỘT SỐ KHÁI NIỆM, ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN VỀ ĐỒ GÁ, ĐỒ GÁ HÀN, ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 1.1- Khái niệm đặc điểm đồ gá 1.1.1- Khái niệm đồ gá sản xuất TĐH khí Trong sản xuất khí tự động hóa (TĐH), đồ gá trang thiết bị quan trọng hệ thống công nghệ (Máy - Đồ gá - Dụng cụ - Phôi); dùng để gá lắp (định vị kẹp chặt) phôi, bán thành phẩm hay cụm phôi, cụm bán thành phẩm máy móc, thiết bị gia công khí (máy công cụ, máy gia công áp lực, máy thiết bị hàn, v.v.); phục vụ trình gia công chi tiết máy hay cụm chi tiết, v.v đƣợc gá lắp nêu Khi sử dụng đồ gá, khả công nghệ máy gia công đƣợc mở rộng; suất, chất lƣợng tăng; độ xác gia công chi tiết ổn định Ngoài ra, vấn đề an toàn cho thợ, cho thiết bị máy móc đƣợc bảo đảm; cải thiện đáng kể điều kiện môi trƣờng làm việc 1.1.2- Đặc điểm đồ gá sản xuất TĐH khí Đồ gá sản xuất TĐH khí có đặc điểm sau: - Cơ cấu định vị đƣợc thiết kế chuẩn hoá, mặt định vị đƣợc chế tạo bảo đảm độ xác cao hình dáng hình học kích thƣớc; chất lƣợng bề mặt cao, tính tốt bảo đảm độ tin cậy tuổi thọ theo yêu cầu; phôi đƣợc định vị nhanh chóng, thuận tiện - Cơ cấu kẹp đƣợc thiết kế theo nguyên lý đơn giản, tin cậy độ cững vững cao; tháo/lắp nhanh thuận tiện (cơ cấu cam lệch tâm, cấu phẳng hệ nhiều khâu, khớp, cấu xi lanh lanh khí nén, v.v.) - Sử dụng hệ truyền dẫn khí, khí nén, điện kết hợp - Do phát triển mạnh mẽ kỹ thuật, công nghệ, - đồ gá đƣợc cải tiến nhiều cấu trúc động học với số bậc tự tăng lên, nhằm đáp ứng nhanh linh hoạt vị trí hƣớng gia công phôi thay đổi, hạn chế tối đa việc 10 Hình 4.5- Đang hàn đoạn AB Bƣớc 5- Kết thúc: Động tác 1- Tại B, tắt hồ quang đƣa mỏ hàn vị trí P P0 Động tác 2- Quay đồ gá vị trí ban đầu (xem Hình 4.1) Với quy trình công nghệ hàn đoạn thẳng CD, GH, EF đƣợc thực cách hoàn toàn tƣơng tự nhƣ đoạn AB Khi đó, sau lần hàn đoạn thẳng, thực việc xoay trục II đồ gá góc 900 để đƣa phôi vị trí chuẩn bị hàn Thiết lập chương trình Từ thuật toán trên, trình mô kết cấu điều khiển động học hệ Rô bốt - Đồ gá - Phôi đƣợc lập trình phần mềm Inventor hệ hàn đoạn thẳng kết cấu ống tiết diện chữ nhật Chƣơng trình điều khiển toàn chuyển động chuẩn bị, chuyển động công nghệ chuyển động kết thúc hệ R-Đ-P hàn Kết mô 85 Dƣới giới thiệu số kết chạy chƣơng trình mô kết cấu điều khiển động học ĐGH tự động linh hoạt hoạt động phối hợp với rô bốt hàn đoạn thẳng (Hình 4.6, 4.7, 4.8, 4.9 4.10) Hình 4.6 - Tiến hành hàn đoạn thẳng AB Hình 4.7 - Tiến hành hàn đoạn thẳng CD 86 Hình 4.8 - Hàn đoạn thẳng EF Hình 4.9 - Hàn đoạn thẳng GH 87 Hình 4.10 – Sản phẩm hàn đoạn thẳng AB, CD, EF, GH 4.2.2- Ứng dụng ĐGH tự động linh hoạt hệ R-Đ-P hàn kết cấu phức tạp a- Nhiệm vụ Cần hàn kết cấu phức tạp (KCPT) với yêu cầu kỹ thuật đề (thể thiết kế vẽ kỹ thuật); kết cấu có nhiều điểm, đƣờng hàn nhiều vị trí hƣớng khác nhau, tất đƣợc hàn 01 lần gá lắp (Hình 4.11) b- Quy trình công nghệ Hàn bên trái mặt trƣớc Hình 4.11- Gá lắp phôi ĐGH để hàn đoạn thẳng 88 Bƣớc 1- Gá lắp phôi lên đồ gá (Hình 4.11) Bƣớc 2- Chuẩn bị gây hồ quang (máy hàn bật nguồn): Động tác 1- Đƣa mỏ hàn từ vị trí chuẩn ban đầu rô bốt (điểm P0) đến điểm chuẩn bị tiếp cận đối tƣợng (điểm chuẩn P) Động tác 2- Đƣa đầu mỏ hàn từ điểm chuẩn P đến điểm A (điểm bắt đầu gây hồ quang, trục điện cực vuông góc với mặt phẳng chứa đƣờng hàn song song với trục OZ) Động tác 3- Duy trì đầu điện cực tiếp xúc vuông góc với bề mặt phôi hàn điểm A thời gian khoảng 1/10 giây, nhấc lên cách điểm A khoảng lhq ≈ mm Bƣớc 3- Hàn: Động tác 1- Đánh lệch trục mỏ hàn góc khoảng 70o ÷ 80o Động tác 2- Thực hàn đoạn thẳng (A1B1C1D1A1 A2B2, di chuyển mỏ hàn với vận tốc hàn Vh giữ khoảng cách lhq ≈ mm không đổi) Bƣớc 4- Kết thúc: Động tác 1- Tại B2, tắt hồ quang đƣa mỏ hàn vị trí P0 - Tại A1 khép kín đƣờng hàn, tắt hồ quang đƣa mỏ hàn vị trí P0 Động tác 2- Quay đồ gá vị trí ban đầu Động tác 3- Thực đƣờng hàn Động tác 4- Tiếp tục, bƣớc nhƣ Sau hoàn thiện tắt nguồn Để thực tự động hoá quy trình công nghệ trên, qua nghiên cứu, tham khảo nhiều loại ĐGH, chọn kết cấu ĐGHTĐLH 02 bậc tự nhƣ Hình 4.11 Từ bƣớc quy trình công nghệ (trình tự thao tác) trên, thuật toán mô kết cấu điều khiển động học hệ thống hàn tự động MRĐP hàn đoạn thẳng đƣợc trình bày dƣới c- Thuật toán chƣơng trình c1- Thiết lập hệ toạ độ điểm chuẩn Với phôi gá lắp nhƣ Hình 4.11, hệ toạ độ thiết lập (quy tắc bàn tay phải): 89 Hệ tọa độ chuẩn (cố định) OXYZ ban đầu hệ thống Rô bốt - Đồ gá Phôi: hệ đƣợc gắn cố định rô bốt, gốc toạ độ O nằm tâm mặt đế (hình tròn) rô bốt; trục OZ hƣớng từ gốc O lên trên; trục Oy OX thiết lập với OZ theo quy tắc bàn tay phải Điểm chuẩn ban đầu hệ thống điểm O Hệ động O6X6Y6Z6 gắn mỏ hàn (khâu chấp hành cuối rô bốt): gốc toạ độ O6 nằm tâm lửa hồ quang; trục O6Z6 trùng với trục mỏ hàn, hƣớng từ gốc O6 (tiếp cận đối tƣợng); trục O6Y6 O6X6 thiết lập với O6Z6 theo quy tắc bàn tay phải Điểm chuẩn ban đầu rô bốt, điểm P0 - điểm rô bốt thu vị trí tƣ ban đầu chƣa làm việc, đƣợc định nghĩa tọa độ ban đầu: PX0, PY0, PZ0 Điểm chuẩn ban đầu dụng cụ (đầu mỏ hàn), điểm P - điểm chuẩn bị tiếp cận điểm hàn phôi, đƣợc định nghĩa tọa độ ban đầu: PX, PY, PZ Các hệ tọa độ gắn đồ gá: Hệ cố định O0X0Y0Z0: gốc toạ độ O0 nằm tâm mặt đế đồ gá; trục O0Z0 hƣớng từ gốc O0 lên trên; trục O0Y0 O0X0 thiết lập với O0Z0 theo quy tắc bàn tay phải Các trục tƣơng ứng hệ song song với hệ cố định OXYZ Điểm chuẩn ban đầu đồ gá điểm O0 Hệ động O’X’Y’Z’: gốc toạ độ O‟ nằm điểm đƣờng tâm trục quay (khâu 2) thứ đồ gá; trục O‟Z‟ trùng trục quay thứ đồ gá, hƣớng xác định theo quy tắc bàn tay phải; trục O‟Y‟ O‟X‟ thiết lập với O‟Z‟ theo quy tắc bàn tay phải Khi đồ gá hoạt động, hƣớng trục O‟Z‟ không đổi, hƣớng trục O‟Y‟ O‟X‟ thay đổi (trong mặt phẳng) Hệ động O’’X’’Y’’Z’’: gốc toạ độ O‟‟ nằm tâm mặt đĩa gá hình tròn (khâu 3) đồ gá, trục O‟‟Z‟‟ hƣớng lên trên; trục O‟‟Y‟‟ O‟‟X‟‟ thiết lập với O‟‟Z‟‟ theo quy tắc bàn tay phải Ban đầu, đĩa gá đƣợc thiết kế nằm mặt phẳng ngang (để dễ gá lắp phôi), hệ tọa độ động O‟‟X‟‟Y‟‟Z‟‟ có trục tƣơng ứng song song chiều với trục hệ cố định OXYZ O0X0Y0Z0 Gốc O‟‟ cách gốc O‟ khoảng bán kính ống (khâu đồ gá) cộng thêm khoảng xác định không đổi (theo thiết kế cụ thể) 90 Điểm chuẩn ban đầu phôi điểm O‟‟ c2- Xây dựng thuật toán Các bước thực Bƣớc 0- Xây dựng thủ tục thiết kế vẽ kết cấu đồ gá hàn Bƣớc 1- Gắn hệ toạ độ điểm chuẩn đồ gá hàn phôi Phôi đƣợc gá lắp đồ gá Bƣớc 2- Xác định (gán) giá trị tọa độ điểm chuẩn điểm phôi (trên quỹ đạo đƣờng hàn): - Cho tọa độ điểm chuẩn ban đầu O(x,y,z) hệ thống hệ tọa độ hình - Cho tọa độ điểm chuẩn P0 (xp0,yp0,zp0) ban đầu rô bốt - Cho tọa độ điểm chuẩn O0 (x0,y0,z0) đồ gá hệ tọa độ OXYZ - Cho tọa độ gốc O’ (x0‟,y0‟,z0‟) hệ động đồ gá hệ tọa độ cố định O0X0Y0Z0 - Cho tọa độ gốc O’’(x0‟‟,y0‟‟,z0‟‟) hệ động đồ gá hệ tọa độ động O‟‟X‟‟Y‟‟Z‟‟ - Cho tọa độ điểm chuẩn P (xp,yp,zp) dụng cụ - Cho tọa độ điểm A (xA,yA,zA)trong hệ OXYZ - Cho tọa độ điểm B (xB,yB,zB)trong hệ OXYZ Bƣớc 3- Quay hệ động O‟‟X‟‟Y‟‟Z‟‟ chiều kim đồng hồ cho trục O‟‟Z‟‟ vuông góc với phƣơng ngang OY Bƣớc 4- Trong hệ OXYZ từ vị trí ban đầu, rô bốt thực chuyển động phụ (tự động) di chuyển đầu hàn từ điểm P0 đến điểm P, dừng khoảng thời gian ngắn chuẩn bị tiếp cận đối tƣợng 91 Hình 4.12a- Đầu hàn chuyển động phụ từ P0 đến P chuẩn bị hàn Bƣớc 5- Rô bốt thực thao tác gây hồ quang: chuyển động từ điểm P đến điểm A cho trục O6Z6 vuông góc với AB Dừng A khoảng 1/10 giây để gây hồ quang; sau nâng đầu điện cực (theo phƣơng cũ) cách A khoảng lhq không đổi (hình 4.12b) Hình 4.12b- Đầu hàn chuyển động phụ từ P đến A gây hồ quang 92 Bƣớc 6- Hàn: đánh lệch trục mỏ hàn góc khoảng 70o ÷ 800 so với OZ (trong mặt phẳng OYZ) cố định hàn mỏ hàn; sau hệ thống rôbôt tự động thực chuyển động từ điểm A1 sang trái với tốc độ hàn (vh) yêu cầu đến điểm B1, A2 lên với tốc độ hàn (vh) yêu cầu đến điểm B2 (Hình 4.13a) Hình 4.13a- Robot hàn chuyển động hàn đoạn A1B1 A2B2 Hình 4.13b- Robot hàn chuyển động hàn đoạn A1B1C1 A2B2 93 Tại điểm B2 ngắt hồ quang đƣa mỏ hàn vị trí P Sau hệ thống robot tự động thực chuyển động từ điểm B1 lên với tốc độ hàn (vh) yêu cầu đến điểm C1 sang phải đến D1 sau chuyển động xuống dƣới khép kín vòng A1 (Hình 4.13c) Hình 4.13c- Robot hàn chuyển động hàn đoạn A1B1C1D1A1 A2B2 Bƣớc 7- Kết thúc hàn, rô bốt tự động dừng chuyển động, ngắt hồ quang tự động đƣa đầu hàn điểm P, đồng thời đồ gá tự động quay vị trí chuẩn bị đƣờng hàn tiếp theo., kết thúc trình hàn tự động (Hình 4.14) Hình 4.14- Đƣa đầu hàn điểm P 94 c3- Thiết lập chƣơng trình Dựa vào thuật toán trên, chƣơng trình mô kết cấu điều khiển động học hệ Rô bốt - Đồ gá - Phôi để hàn kết cấu dạng phức tạp đƣợc thiết lập Chƣơng trình điều khiển toàn chuyển động (chuẩn bị, công nghệ, kết thúc) hệ Rô bốt - Đồ gá - Phôi trình hàn c4- Kết mô Dƣới giới thiệu số kết chạy chƣơng trình mô kết cấu điều khiển động học hệ Máy hàn - Đồ gá – Rôbốt – Phôi hàn đoạn thẳng (Hình 4.15, 4.16, 4.17 4.18) Hình 4.15 – Bắt đầu đƣờng hàn Hình 4.16- Tiến hành hàn 95 Hình 4.17 - Kết thúc đƣờng hàn Hình 4.18- Sản phẩm hàn phần bên trái mặt trƣớc kết cấu phức tạp Đối với quy trình công nghệ hàn: phần bên phải mặt trƣớc, bên trái bên phải mặt sau ta thực cách hoàn toàn tƣơng tự nhƣ Khi đó, để hàn lần lƣợt đoạn thẳng, ta thực việc xoay chuyển hệ đồ gá mặt bích chi tiết đƣa vị trí chuẩn ban đầu hệ thống Các trình tiếp theo, đƣợc thiết kế mô tả tƣơng tự nhƣ phần bên trái mặt trƣớc KCPT 96 4.3- Kết luận Chƣơng Trên sở Chƣơng 1, 2, 3, Chƣơng áp dụng kết có đƣợc để ứng dụng khai thác tối đa hiệu việc sử dụng ĐGH tự động linh hoạt thể qua việc mô điều khiển động học kết cấu hệ thống R-Đ-P hàn; thông qua số ví dụ ứng dụng thực tế sản xuất Các kết gồm có: - Thiết kế mô kết cấu, xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học ĐGH ứng dụng hàn kết cấu ống tiết diện chữ nhật - Thiết kế mô kết cấu, xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học đồ gá hàn ứng dụng hàn kết cấu phức tạp KẾT LUẬN Với đề tài: „„Nghiên cứu, khảo sát khai thác sử dụng đồ gá hàn tự động linh hoạt‟‟, tập trung vào nghiên cứu giải đƣợc nội dung sau: - Tìm hiểu số khái niệm, định nghĩa về: ĐGH tự động linh hoạt; hệ thống hàn tự động MRĐP, v.v Trên sở đƣa phân tích hàng loạt ví dụ ứng dụng ĐGH thủ công, khí, bán tự động tự động; từ phân tích rõ đƣợc ý nghĩa kỹ thuật, kinh tế tổ chức quản lý sản xuất hàn sử dụng đồ gá; đồng thời đề xuất hƣớng nghiên cứu luận văn - Tổng hợp số kiến thức hình học giải tích liên quan đến dạng đƣờng hàn (đƣờng thẳng, tròn Elíp) Trong thực tế, dạng đƣờng hàn phổ biến Qua phân tích yếu tố động hình học liên quan đến thông số kỹ thuật, công nghệ hàn tƣ hàn đƣợc ứng dụng nhiều hàn hồ quang bán tự động, tự động - Tóm tắt nội dung kết chủ yếu toán động học rô bốt sáu bậc tự do; từ vận dụng giải BTN động học cho hệ R-Đ hàn đƣờng thẳng, tròn Elíp Làm sở nghiên cứu xây dựng thuật toán điều khiển mô động học hệ R-Đ-P nhƣ ứng dụng vào việc khai thác hệ thống R-Đ-P chƣơng 97 - Thiết kế mô kết cấu ống tiết diện chữ nhật; xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học hệ R-Đ-P hàn đƣờng thẳng cạnh ống (Vh - chuyển động thẳng đều) - Thiết kế mô kết cấu ống tiết diện tròn; xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học hệ R-Đ-P hàn đƣờng tròn nối ống với mặt bích (Vh - chuyển động quay tròn đều) - Thiết kế mô kết cấu ống tiết diện tròn; xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học hệ R-Đ-P hàn đƣờng Elíp mặt ống (Vh chuyển động thẳng tổng hợp từ hai chuyển động thẳng vận tốc VR quay tròn vận tốc Vg) - Nghiên cứu khai thác sử dụng ĐGH tự động linh hoạt thông qua việc thiết kế mô kết cấu, xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học ĐGH ứng dụng hàn kết cấu ống tiết diện chữ nhật kết cấu phức tạp ĐỀ NGHỊ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Do thời gian trình độ có hạn, thân thấy luận văn phải đƣợc bổ sung hoàn chỉnh theo số hƣớng nghiên cứu nhƣ sau: - Thiết kế mô kết cấu, xây dựng thuật toán chƣơng trình mô điều khiển động học ĐGH tự động linh hoạt nhiều bậc tự (trên 02 đến 06 bậc tự do) để ứng dụng hàn kết cấu phức tạp với nhiều chuyển động khả định hƣớng linh hoạt đồ gá - Thiết kế hoàn chỉnh tối ƣu kết cấu nhƣ chi tiết ĐGH tự động linh hoạt mô luận văn (chẳng hạn: hoàn chỉnh thiết kế kết cấu lắp, v.v.) để triển khai chế tạo đƣợc.Nghiên cứu việc ghép nối điều khiển ĐGH thực tế với trang thiết bị hệ thống hàn Máy hàn - Đồ gá Robot - Phôi thành hệ thống thuận tiện, dễ dàng trình vận hành, khai thác sử dụng ************************************************ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- Nguyễn Ngọc Thành, Luận án Tiến sĩ,Trƣờng ĐHBK Hà Nội, 1998 [2]- Nguyễn Ngọc Thành, Bài giảng Tự động hoá sản xuất hàn, Mã HP: ME6440 [3]- Phạm Quang Cầu, Luận văn Thạc sĩ, Trƣờng ĐHBK Hà Nội, 2011 [4]- Nguyễn Đình Trí, Toán học cao cấp, Nhà xuất giáo dục, Hà Nội - 2009 [5]- GS.TS Trần Văn Địch, PGS.TS Lê Văn Tiến, PGS.TS Trần Xuân Việt, Đồ gá Cơ khí hóa Tự động hóa, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2004 [6]- GS.TS Trần Văn Địch, Đồ gá Cơ khí hóa Tự động hóa, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2007 [7]- GS.TS Trần Văn Địch, Đồ gá (Giáo trình cho sinh viên Cơ khí thuộc hệ đào tạo), Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2009 [8]- GS.TS Trần Văn Địch, ATLAS Đồ gá, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2005 [9]- GS.TS Trần Văn Địch, Đồ gá gia công cơ, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội - 2006 [10]- Nguyễn Quang Hƣng, Giáo trình Đồ gá, Nhà xuất Hà Nội - 2009 [11]- Nguyễn Ngọc Anh, Phan Đình Thuyên, Nguyễn Ngọc Thƣ, Hà Văn Vui, Sổ tay Công nghệ Chế tạo máy, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội-1979 [12]- Welding handbook processes Vol.2, American Welding Society, 1997 - 99 ... khảo sát khai thác sử dụng đồ gá hàn tự động linh hoạt‟‟ Những nội dung Chƣơng làm sở cho nghiên cứu chƣơng 28 CHƢƠNG ĐỘNG HỌC ĐỒ GÁ HÀN TỰ ĐỘNG LINH HOẠT 2.1- Mở đầu Nội dung động học ĐGH tự động. .. động Đồ gá hàn tự động đồ gá đƣợc thiết kế làm việc phối hợp với thiết bị hàn tự động (máy hàn, rô bốt hàn hay tay hàn tự động) thành hệ thống hàn tự động, hay gọi Hệ thống công nghệ hàn tự động, ... mềm Đồ gá hàn tự động chuyên dùng - loại đồ gá mà chuyển động phôi gá lắp đồ gá (cơ cấu gá lắp đồ gá khâu chấp hành cuối đồ gá) đƣợc thực điều khiển động điện dẫn động Các thông số chế độ hàn